比例积分微分控制及其调节过程

1、2-1 控制系统动态过程的品质指标控制系统动态过程的品质指标2-2 调节器的基本特性调节器的基本特性2-3 比例控制器及其调节过程比例控制器及其调节过程2-4 积分制器及其调节过程积分制器及其调节过程2-5 比例积分控制器及其调节过程比例积分控制器及其调节过程2-6 比例积分微分控制比例积分微分控制一. 品质指标：1.要求： 稳定，准确，快速。 以稳定性为首要指标；三者相互联系，相互制约；评价系统的好坏，应根据实际情况，综合考虑三个方面2.性能指标：稳定性指标：衰减率 ，一般为7590)()()()(1%100)()()()()()(13131ytyytyytyytyyty0246810121

2、416182000.511.52) 1(1)(ssG3, 2,IPPID1t2t3t3my2my1myy1:101:4:31或者衰减比mmyy%90%75113或者衰减率mmyy衰减比非周期稳定过程, 1st：F稳（静）态偏差：新的稳定值与设定值的差值 在干扰作用下 在给定值作用下 F最大动态偏差：动态过程中被控量与设定值的最大差值F超调量：定值扰动下，经常用它来描述动态准确性。)()()(yre)()(ye)()()(ytre)()()()()()(1111yytytrtrtyMtF快速性指标：过程调整时间ts 以稳定值的5或2作一许可误差范围，从过程起点到被控量达到并保持在这一范围内所需要

3、的时间00)()()(dttedttrtyI0)( dtteIAE02)( dtteISE0)(dttetITAE误差积分绝对误差积分平方误差积分时间与绝对误差乘积积分 是特征根的实部与虚部之比，被称为系统的相对稳定度， 衰减率 m 阻尼比 0.75 0.221 0.215 0.9 0.366 0.344 0 1 m 系统趋向稳定。F常规控制器的组成：给定值设定机构，偏差比较机构，控制运算模块。ruy+-eF 调节器的首要任务是要构成一个负反馈系统，以维持系统的稳定。F 通过分析系统其它环节的正负号，正确选择调节器的正反作用，使系统成为负反馈系统F工业调节器正反作用的定义正作用：测量值控制作用

4、反作用：测量值控制作用测量值增大与减小的基准是设定值F正反作用的选择原则广义过程 为时，选反作用控制器广义过程 为时，选正作用控制器)()()(sGsGsGmpv)()()(sGsGsGmpv+-ryuym)(sGc)(sGp)(sGv)(sGm+F调节器以偏差e为输入，控制（操作）量为输出F比例作用( Proportional control, ) F比例调节器的参数： 比例放大倍数Kc 比例带；oocuteuteKtu)()()(1cKF 积分作用( Integral Control, )F 积分调节器的参数:积分速度Ki，积分时间TiF PI作用0000)(1)()(udtteTudtt

5、eKtutiti00)(1)(1)(udtteTtetutiF微分作用( Derivative, )F理想微分F实际微分FPD作用 0udtdeTudtdukTddd0)(udtdeTtud0)(1udtdeTteudtduKTddd)111(1)(:111)(:)(:)11 (1)(:1)(:1)(:sTssTsGPIDssTsGPDsTsGDsTsGPIsTsGIsGPiKTdKTddiiddddF 传递函数：eu)(sG)111 (1ssTsTddkTdiFMATLAB中的PID控制器传递函数：比例控制器的调整参数：Kc:比例放大倍数；：比例带； 阶跃响应曲线00)()()(uteute

6、Ktuc1)(cKsGyuuyKc 以原始平衡点作为设定点。例：流入量0.5t/h; 流出量0.5t/h, 水位高度40cm;流出量 ?新的水位高度？杠杆水槽液位浮子+-r =40cmyuym+进水阀D出水阀 阀位与偏差一一对应：阀门位置与水位（浮子）位置一一对应。 按比例动作：阀芯移动的数值与浮子上下移动的数值成比例，比值是杠杆比。 比例控制是有差控制：它必然存在静态偏差。 比例控制是一种有效的控制作用。F比例带是一个无量纲的纯数值 F其物理意义为：调节阀从全开到全关（输出作全量程范围变化时），输入（被控量）的变化占其全量程变化范围的百分数。F输入输出是相对于控制器而言的minmax12mi

7、nmax12uuuuyyyyF例：一个温度控制系统，温度变送器的量程为100200，当温度变化4时，可使调节阀从50到70变化，比例带 F比例带输入/ 输出；F比例带越大，控制作用越弱；比例带越小，控制作用越强。%20%50%701002004CCC换热器采用比例控制1.调节器正反作用的讨论换热器蒸汽w 2D, 1TC2.静特性：F调节器的静特性：偏差与控制信号的对应关系F过程的静特性：在流入侧温度一定，入口流量一定时，蒸汽阀门开度与出口温度的对应关系（不同负荷流量下，有不同的静态特性曲线。1AOABQ1100%+-ruymcK11sTi+-+-ruymcK+-11sTi+-KHSLSbuhu

8、quaShf间歇单元EhAAhEoEiR1RIC1C2R2S一、微分作用及其特点F理想微分F实际微分微分时间Td； 微分增益Kd提供0至90o导前角，改善系统动态特性微分作用在静态时输出为0，无控制作用sTsGd)(1)(sKTsTsGdddF传递函数F阶跃响应曲线F调节器的调整（特征）参数)111sKTsTddd（012345600.511.522.533.54114)(3,13)(sssGKsssGPDdD024681002468101214131sss斜坡响应：F对稳定性的影响适当引入微分，可提高系统稳定性F对稳态性能的影响 无作用F对其它性能指标的影响 引入Td ，可提高快速性，提高系统的工作频率特征方程：按Roth判据可得，稳定范围为 1.32Td7.68Td太大或太小，都会破坏系统的稳定性 GcGpsTsGdc1)() 13)(12)(1(1)(sssssGp01)1 (6116234sTsssd1、PID的动作规律：)11)(1 (1)111(1)()11 (1)()()(1)(1)(0sTsKTsKTTsTsKTsTsGsTsTsGdttdeTdtteTtetuidddddiddddidti2、阶跃响应与特征参数3、三种作用的相互配合Time (sec.)Amplitude